WO2004042807A1 - 光照射装置 - Google Patents

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WO2004042807A1
WO2004042807A1 PCT/JP2003/013648 JP0313648W WO2004042807A1 WO 2004042807 A1 WO2004042807 A1 WO 2004042807A1 JP 0313648 W JP0313648 W JP 0313648W WO 2004042807 A1 WO2004042807 A1 WO 2004042807A1
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laser
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emitted
beams
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Koichi Tsukihara
Koichi Tatsuki
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Sony Corporation
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
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    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Definitions

  • the present invention relates to a light irradiation apparatus which is useful when applied to, for example, a laser annealing apparatus used for manufacturing a polysilicon thin film transistor.
  • a polysilicon film having a high carrier mobility has been used for a channel layer of a thin film transistor such as a liquid crystal display.
  • a polysilicon film used for a channel layer of a thin film transistor is generally manufactured by irradiating an amorphous silicon on a glass substrate with a laser beam and performing a heat treatment.
  • a method for heat-treating a substance by irradiating laser light in this way is called laser annealing, and an apparatus for performing laser annealing is called a laser annealing apparatus.
  • the collimated light beam formed by collimator overnight has a Gaussian distribution of energy intensity within the beam diameter.
  • a normal parallel light beam has a high intensity at the central part of the beam diameter, and a low intensity at the peripheral part of the light beam.
  • the laser annealing device forms a laser beam having a uniform intensity distribution from the center part to the peripheral part of the spot from the laser beam whose intensity distribution within the beam diameter is a Gaussian distribution. Must be used and heat treated.
  • a solid-state laser uses a transparent material such as a crystal or glass excluding a semiconductor as a base material. This device emits laser light by exciting solid laser material doped with rare earth ions or transition metal ions in the material.
  • Solid-state lasers have a stable laser beam and a long life. Therefore, by adopting a solid-state laser as the laser light source of the laser annealing apparatus, the problem of instability that occurs when the excimer laser used as a general light source of the laser annealing apparatus is solved. It is done.
  • Laser light emitted from a solid-state laser has higher coherence than laser light emitted from an excimer laser. Therefore, when a solid-state laser is used as a laser light source, if the laser beams divided by the fly-eye lens are combined, they interfere with each other. When interfering laser light is used, interference fringes occur in the irradiation spot, and the intensity distribution within the beam diameter cannot be made uniform.
  • the present applicant instead of the fly-eye lens, uses a dividing optical means that divides one laser beam into a plurality of laser beams having no interference with each other.
  • the device was proposed in the description and drawings of Japanese Patent Application No. 2 0 0 1— 3 7 4 9 2 2.
  • laser light L 1 2 0 is emitted from the laser light source 1 0 1.
  • the laser light L 1 2 0 emitted from the laser light source 1 0 1 is collimated by the collimator 1 0 2 and then enters the light splitting unit 1 0 3.
  • the light splitting unit 10 3 includes first and second beam splines (hereinafter abbreviated as BS) 10 4, 1 0 5, and a reflecting mirror 1 0 6.
  • the light splitting surface of the first BS 1 ⁇ 4, the light splitting surface of the second BS 1 0 5 and the light reflecting surface of the reflector 10 6 are all arranged in parallel. It is.
  • the laser light L 120 converted into parallel light by the collimator 10 0 2 is incident on the first B S 104.
  • the first BS 10 04 converts the laser light L 1 20 into transmitted light (hereinafter referred to as laser light L 1 2 1) and reflected light (hereinafter referred to as laser light L 1 2 2). To separate.
  • the first B S 104 splits transmitted light and reflected light at an intensity ratio of 1: 1.
  • the laser beam L 1 2 1 is incident on the second B S 1 0 5.
  • the second BS 0 15 has the incident laser beam L 1 2 1 further transmitted light (hereinafter referred to as laser beam L 1 2 3) and reflected light (hereinafter referred to as laser beam L 1 24). And separated into).
  • the second B S 1 0 5 divides transmitted light and reflected light at an intensity ratio of 1: 1.
  • the laser beam L 1 2 3 is incident on the first convex lens 107.
  • the laser beam L 1 24 is incident on the second convex lens 108 after being reflected by the reflecting mirror 106.
  • the laser beam L 1 2 2 is reflected by the reflecting mirror 1 0 6 and then enters the second B S 1 0 5.
  • the second BS 1 0 5 further converts the incident laser light L 1 2 2 into transmitted light (hereinafter referred to as laser light L 1 2 5) and reflected light (hereinafter referred to as laser light L 1 2). 6).
  • the second B S 1 ⁇ 5 divides transmitted light and reflected light at an intensity ratio of 1: 1.
  • the laser beam L 1 25 enters the third convex lens 1109, and the laser beam L 1 26 is reflected by the reflector 100 6 and then enters the fourth convex lens 11 1 1.
  • the four laser beams L 1 2 3, L 1 2, L 1 2 5, and L 1 2 6 generated as described above are parallel to each other, and their intensities are all laser beams L 1 2 0 before being divided. Is 1/4.
  • the laser beam L 1 2 3, the laser beam L 1 24, the laser beam L 1 2 5, and the laser beam L 1 2 6 are focused once by the first to fourth convex lenses 1 07 to 1 1 0, respectively. Incident to condenser lens 1 1 1 Then, the condenser lens 1 1 1 irradiates laser light L 1 2 3 to L 1 2 6 to a predetermined range on the substrate 1 1 2, respectively.
  • the distance t between the light splitting surface of the first BS 104 and the light splitting surface of the second BS 10 05, and the light splitting surface of the first BS 104 is determined by the laser beam emitted from the laser light source 1 0 1.
  • the refractive index of the medium between each light separation surface and between the light separation surface and the reflecting mirror is n
  • the incident angle of the incident light beam to the light splitting surface is ⁇ Is set to satisfy the following formula 1.
  • the laser annealing apparatus 100 can irradiate a predetermined range on the substrate 112 with uniform intensity without generating interference fringes, and can uniformly irradiate the entire irradiated object.
  • the ratio of the light transmission amount and the reflection amount of B S 10 4 and 10 5 is ideally 1: 1.
  • the actual ratio between transmitted S and reflected amount is not 1: 1.
  • the reflectivity of reflector 1 ° 6 is ideally 10 °%.
  • the actual reflectance will be lower than 100 percent. Therefore, it is desirable that the laser beams L 1 2 3 to L 1 2 6 emitted from the light splitting unit 103 are ideally all of the same intensity, but in practice the intensity is not the same.
  • FIG. 2 shows the intensity ratio of each laser beam L 1 2 4 to L 1 '2 ⁇ 6 when the intensity of the laser beam L 1 2 3 is used as a reference.
  • An object of the present invention is to provide a novel light irradiation apparatus capable of solving the problems of the conventional techniques as described above.
  • Another object of the present invention is to provide a light irradiation apparatus in which the intensity of each divided laser beam is the same when one laser beam is divided into a plurality of laser beams.
  • the light irradiation apparatus has an optical structure having one or more light separation surfaces that transmit and reflect a light beam and divide the light beam into transmitted light and reflected light, and one light beam is incident and incident. N beams by passing one light beam through one or more light separation surfaces
  • n is a natural number greater than or equal to 2
  • a second emitting means for generating n light beams by passing the optical beam through one or more light separation surfaces; and the n light beams emitted from the first emitting means and the second light beam. And n light beams emitted from the output means, and a light combining means for combining the light beams and outputting n light beams.
  • the light synthesizing means used in the present invention is an optical path generated by reflection and transmission in the light beam generation path for each of the n light beams generated by the first emission means and the second emission means.
  • the m-th light beam (m is an arbitrary integer from 1 to n) generated by the first emitting means
  • the second The (n ⁇ m + 1) -th light beam generated by the emitting means is combined on the same axis.
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser annealing apparatus prior to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an intensity distribution graph of four laser beams divided by the laser annealing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the splitting optical system and the combining optical system of the laser annealing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a split optical system.
  • FIG. 6 is a diagram showing an intensity distribution graph of eight laser beams divided by the laser annealing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the laser annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the first split optical system of the laser annealing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of the second split optical system of the laser canal device shown in FIG. 7 ′.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an example of a lens array used in the laser annealing apparatus according to the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the laser annealing apparatus is an apparatus that heats the substrate by irradiating the substrate, which is a planar annealing target, with laser light.
  • the laser annealing apparatus according to the present invention is used when forming a channel layer of a thin film transistor that serves as a switching element of a liquid crystal display device or an organic EL display device. That is, it is used when an amorphous silicon film formed on a glass substrate is heat-treated to form a polysilicon film.
  • the laser annealing apparatus 1 ⁇ includes a stage 1 2 on which the substrate 11 1 is placed, a first laser light source 13 that emits laser light, and a first laser light source 1 3.
  • the first collimator 14 and the first Athens overnight 15 provided on the optical path of the laser light emitted from the first Athens overnight 15 and the laser light emitted from the first Athens overnight 15
  • a first light splitting unit 16 that splits the light
  • a second laser light source 17 that emits laser light
  • a second light source provided on the optical path of the laser light emitted from the second laser light source 17 2 collimator events 18 and second Athens events 19 and the second Athens events 19
  • a second light splitting section 20 that splits the laser light.
  • N is a natural number.
  • the laser annealing apparatus 10 mixes n laser beams emitted from the first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 to produce (2 X n)
  • a light combining unit 2 1 that emits laser light
  • a lens array 2 2 that includes (2 X n) convex lenses and receives (2 X n) laser beams emitted from the light combining unit 21.
  • a condenser lens 2 3 that guides (2 ⁇ n) laser beams emitted from the lens array 22 2 to a predetermined region of the substrate 11.
  • the stage 12 has a flat main surface on which the flat substrate 11 is placed.
  • the stage 11 1 moves in the X and Y directions in FIG. 3 which are parallel to the main surface while holding the substrate 11 placed on the main surface.
  • the relative position between the substrate 11 and the laser light irradiation spot can be moved by moving the stage 12. That is, by moving the stage 12, the position where annealing is performed on the substrate 11 can be controlled.
  • the movement control of stage 12 is performed by a controller (not shown).
  • solid lasers are used as the first laser light source 13 and the second laser light source 17.
  • a solid-state laser uses a transparent material such as crystal or glass, excluding semiconductors, as its base material, and emits a laser beam by exciting solid laser material doped with rare earth ions or transition metal ions into the base material. It is a device to do.
  • solid-state lasers include glass lasers doped with N d 3 + using glass as the base material, ruby lasers doped with Cr 3 + in ruby, and yttrium aluminum garnet ( It is possible to use a YAG laser in which YAG) is doped with N d 3 + , and a laser whose wavelength is converted using a nonlinear optical crystal. Further, a semiconductor laser or the like may be used instead of the solid-state laser.
  • the first laser light source 1 3 and the second laser light source 1 7 emit laser beams of the same wavelength, but are different laser oscillators, and the laser beams emitted from both are synthesized. Does not interfere.
  • the laser beam emitted from the first laser light source 13 is incident on the first collimator 14.
  • the first collimator 14 converts the incident laser light into a parallel light beam having a predetermined beam diameter.
  • the laser light emitted from the first collimator 14 enters the first Athens overnight 15.
  • the first Athens evening 15 adjusts the intensity of the incident laser beam.
  • the laser light emitted from the first attenuator 15 enters the first light splitting unit 16. '
  • the laser light emitted from the second laser light source 17 enters the second collimator 18.
  • the second collimator 18 converts the incident laser light into a parallel light beam having a predetermined beam diameter.
  • the laser beam emitted from the second collimator 18 enters the second Athens overnight 19.
  • the second Athens evening 19 adjusts the intensity of the incident laser light.
  • the laser beam emitted from the second Athens tour 19 enters the second light splitting unit 20.
  • laser beam L 11 the laser beam incident on the first light splitting unit 16 from the first Athens 15
  • laser beam L 12 the laser beam incident on the second light splitting unit 20 from the second Athens tour 19
  • Laser light L 1 1 and laser light L 1 ⁇ 2 are adjusted by Collimator evening 14 and 18 and Athens evening 15 and 19 so that the intensity and beam diameter are the same. ing. .
  • the first light splitting unit 16 splits the incident laser light L I 1 and emits n parallel laser lights arranged at equal intervals.
  • the optical paths of the n laser beams emitted from the first light splitting unit 16 are arranged in the X direction in FIG. 3, for example.
  • the two laser beams emitted from the first light splitting unit 16 are laser beams having no interference with each other.
  • the length of the optical path formed for splitting the laser light is different for each emitted laser light. That is, the length of the optical path from the entrance to the exit of the laser beam L 1 1 is different for every ⁇ laser beams.
  • a difference of more than the coherence distance defined by the first laser light source 13 is given to each optical path. For this reason, the emitted laser beams are in a state in which they do not interfere with each other.
  • ⁇ laser beams emitted from the first light splitting unit 16 are numbered according to the order of arrangement.
  • ⁇ emitted from the first light splitting unit 16 The lasers are lined up in the X direction in Fig. 3, and are numbered so that they increase in order from one side in the X direction.
  • the first laser beam is the laser beam L 1 1-1
  • the second laser beam is the laser beam L 1 1-2
  • the third laser beam is The laser beam is L 1 1-3 and the numbers are sequentially assigned.
  • the n-th laser beam is laser beam L 1 1 -ri.
  • the second light splitting unit 20 splits the incident laser beam L 12 and emits n laser beams arranged in parallel at equal intervals.
  • the optical paths of the n laser beams emitted from the second light splitting unit 20 are, for example, formed on the X-Z plane in FIG. 3 and arranged in the X direction.
  • the second light splitting unit The n laser beams emitted from 20 are laser beams that do not interfere with each other.
  • the length of the optical path formed for splitting the laser light is different for each emitted laser light.
  • the length of the optical path from the entrance to the exit of the laser beam L 12 is different for every n laser beams.
  • each optical path is provided with a difference that is greater than the coherence distance defined by the second laser light source 17. For this reason, the emitted laser beams are in a state in which they do not interfere with each other.
  • the n laser beams emitted from the second light splitting unit 20 are numbered according to the order of arrangement.
  • the laser beams emitted from the second light splitting unit 20 are arranged in the X direction in FIG. 3, and are numbered so as to increase one by one in order from one side in the arrow X direction. .
  • the direction in which the number is incremented is the same as the direction in which the number assigned to the first light splitting unit 1 ⁇ 6 is increased.
  • the first laser light is laser light L 1 2-1
  • the second laser light is laser light L 1 2-2
  • the third laser light is Let L 1 2-3 be numbered sequentially, and finally let the nth laser beam be the laser beam L 1 2-n.
  • first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 use the same optical member, and the arrangement of the optical members is the same.
  • first light splitting section 16 and the second light splitting section 20 are centered on an axis parallel to the optical axis direction of the emitted laser light and inverted by 180 ° with respect to the axis. It is supposed to be arranged. That is, the first light splitting portion 16 and the second light splitting portion 20 are arranged so as to be inverted by 180 degrees around the axis in the Z direction in FIG. W
  • the relationship between the laser beams emitted from the first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 is as follows. That is, the first light; the optical path in the first light splitting portion 16 formed to generate the first laser light L 1 1 -1 of the splitting portion 16; and the second light splitting The optical path in the second light splitting unit 20 formed to generate the nth laser beam L 1 2 -n of the unit 20 is the same. Further, the optical path in the first light splitting portion 16 formed to generate the second laser light L 1 1 -2 of the first light splitting portion 16, and the second light splitting portion The optical path in the second light splitting section 20 formed to generate the 20th (n ⁇ 1) th laser light L 12 ⁇ (n ⁇ 1) is the same.
  • optical path in the first light splitting portion 16 formed to generate the third laser light L 1 1 -3 of the first light splitting portion 16, and the second light splitting portion is the same.
  • the second light split formed to generate the (n ⁇ m + 1) th laser light L 1 2 ⁇ (n ⁇ m + 1) of the second light splitting section 20 The optical path in the unit 20 is the same. Therefore, the mth laser beam of the first light splitting unit 16 and the (n 1 m + 1) th laser beam of the second light splitting unit 20 are the same from the incident laser light. It is generated through the optical member.
  • first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 will be described in detail later.
  • the light combining unit 21 includes n laser beams L 1 1 -1 emitted from the first light splitting unit 16
  • ⁇ L 1 1 -n and n laser beams L 1 2-1 to L 1 2 -n emitted from the second light splitting section 20 are combined and arranged in parallel at equal intervals (2 X n) Emit one laser beam.
  • the n laser beams emitted from the light combining unit 21 are arranged in the X direction in FIG. 3, for example.
  • the intensity of (2 xn) laser beams is the same.
  • the (2 ⁇ n) outgoing light beams emitted from the light combining unit 21 are numbered according to their arrangement order.
  • the first laser beam output from the light combining unit 21 is the laser beam L 20-1
  • the second laser beam is the laser beam L 20 -2
  • the third The laser beam is L 20-3
  • the nth laser beam is laser beam L20-n
  • the (n + l) th laser beam is L20- (n + 1)
  • the (n + n) The) th laser beam is L 20- (n + n).
  • the (2 X n) output laser beams (L 20-1 to L 20-(n + n)) output from the light combining unit 21 are incident on the lens array 22.
  • the lens array 22 is arranged in a row at equal intervals in the direction in which (2 X n) output laser beams emitted from the light combining unit 21 are arranged (for example, the X direction in FIG. 3).
  • Convex lens The arrangement interval of the convex lenses is the same as the interval of the output laser beams emitted from the light combining unit 21, and each convex lens is provided on the optical axis of each output laser beam.
  • the output laser light emitted from the lens array 22 is once collected and incident on the condenser lens 23.
  • the condenser lens 23 synthesizes (2 ⁇ n) output laser beams collected by the lens array 22 onto a predetermined irradiation area on the substrate 11 and irradiates the synthesized light onto the substrate 11.
  • the substrate 11 is placed on the stage 12, and then the laser annealing process is started.
  • the laser annealing device 10 emits a pulse laser from the first laser light source 13 and the second laser light source 17.
  • the laser light emitted from the first laser light source 13 passes through the first collimator 14, the first Athens tour 15, and the first light splitting unit 16, and has no interference with each other. N parallel beams with the same intensity.
  • the laser light emitted from the second laser light source 17 passes through the second collimator 18, the second Athens evening 19, and the second light splitting unit 20, and there is no interference and n of the same intensity. It is a parallel light beam of a book.
  • the n laser beams respectively emitted from the first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 are combined by the light combining unit 21 to be (2 ⁇ n) output laser beams. .
  • the (2 xn) output light from the collector is combined through the lens array 22 and the collimator 23 and irradiated onto a predetermined area on the substrate 11.
  • the stage 1 2 is moved in parallel to move the flat substrate 1 1 in the direction parallel to the main surface (X-Y direction in Fig. 3).
  • the annealing process is performed by irradiating the entire region with laser light ′.
  • the incident direction of the laser beams L 11 and L 12 incident on the first light dividing unit 16 and the second light dividing unit 20 is defined as the Z direction.
  • This Z direction is a direction orthogonal to the main surface of the stage 11.
  • each of the four laser beams emitted from the first light dividing section 16 and the second light dividing section 20 are emitted in parallel in a predetermined direction. Is the X direction. Note that the X direction and the Z direction are orthogonal to each other.
  • the first light splitting unit 16 includes first beam splitters (BS) 31 and second beams arranged so that planar light separation surfaces are arranged in the Z direction. : 6 3 3 2
  • the first B S 3 1 and the second B S 3 2 are elements that transmit and reflect the laser beam incident on the light separation surface and separate it into two laser beams.
  • the separation ratio of transmission and reflection is 1: 1 by design.
  • the first light splitting unit 16 has a light reflecting surface parallel to the light separating surfaces of the first BS 3 1 and the second BS 3 2, and the first BS 3 1 and the second BS 3 2. And mirrors 1 to 3 arranged side by side in the Z direction.
  • the mirror 33 is an element that reflects the laser light incident on the planar light reflecting surface. The mirror 33 is arranged closer to the incident side of the laser beam L 11 than the first B S 31.
  • the light separation surfaces of the first BS 3 1 and the second BS 3 2 and the light reflection surface of the mirror 33 are arranged perpendicular to the plane formed by the X-Z axis and are incident. Les It is arranged at a predetermined angle 0 (0 °, ⁇ 90 °) with respect to the incident direction of the one light LI 1, that is, the X direction. That is, the laser beam L 11 is incident at an incident angle of 0 on the light separation surfaces of the first BS 3 1 and the second BS 3 2.
  • the first B S 3 1 is arranged on the optical axis of the first laser beam L 11-1.
  • the second B S 3 2 is also arranged on the optical axis of the first laser beam L 1 1 -1.
  • the first B S 3 1 is arranged and sized so that only the laser beam L I 1 that is incident light is incident and no other light is incident.
  • the second BS 3 1 is incident with the transmitted light of the first BS 3 1 and the reflected light of the first BS 3 1 after being reflected by the mirror 33 and no other light is incident. It becomes such arrangement and size.
  • the mirror 33 is placed and sized so that the reflected light of the first BS 3 1 and the two reflected light of the second BS 3 2 are incident, and does not block the incident light L 1 1. ing.
  • the distance t between the first BS 3 1 and the mirror 3 3 is L / (2 cosS) or more, where L is the coherence distance set by the first laser light source 1 3. ing.
  • the distance t 2 between the first BS 3 1 and the second BS 3 2 is also L / (, where L is the coherence distance set by the first laser light source 1 3. 2cos0) or more.
  • the first light splitting unit 16 Since the first light splitting unit 16 has the above-described configuration, it is possible to emit four laser beams that are arranged in parallel in the X direction and have no interference with each other.
  • the first laser light L 1 1-1 is generated through a path that passes through the first B S 3 1 and passes through the second B S 3 2.
  • the second laser light L 1 1 -2 is generated along a path that reflects the first B S 3 1 and transmits the second B S 32.
  • the third laser light L 1 1 -3 is generated through a path that transmits the first B S 3 1 and reflects the second B S 32.
  • the fourth laser beam L 1 1 -4 is generated along a path that reflects the first B S 3 1 and reflects the second B S 3 2.
  • the four laser beams emitted from the first light splitting unit 16 are generated through the optical paths longer than the coherence distance, no interference occurs even if they are combined.
  • the first BS 3 1 and the mirror 3 3 Distance between t! when the possible interference distance is L, L / (2 cos0) or more, the second laser beam The length of the optical path of L 1 1-2 is longer than the coherence distance L.
  • the second light splitting unit 20 has the same arrangement configuration using the same optical member as the first light splitting unit 16 having the above-described configuration.
  • the second light splitting section 20 is arranged so as to be inverted by 18 ° about the emission direction (Z direction) of the output laser light:
  • the first laser beam L 1 2-1 is generated in a path that reflects the first B S 3 1 and reflects the second B S 3 2.
  • the second laser light L 1 1 -2 is generated through a path that transmits the first B S 3 1 and reflects the second B S 32.
  • the third laser light L 1 1 _3 is generated through a path that reflects the first B S 3 1 and transmits the second B S 3 2.
  • the fourth laser beam L 1 1 -4 is generated through a path that passes through the first B S 3 1 and passes through the second B S 3 2.
  • the light combining unit 21 includes a beam splitter 34 that reflects and transmits incident laser light and separates the laser light into two laser lights.
  • the beam splitting plane of BeamSpring evening 34 is perpendicular to the X-Z plane.
  • the separation ratio of transmission and reflection of Beamsprit 34 is 1: 1.
  • the four laser beams (L 1 1-1 to L 1 1-4) emitted from the first light splitting unit 16 are reflected by the mirror 35 and then called one surface (hereinafter referred to as the surface).
  • the four laser beams (L 1 2-1 to L 1 2-4) emitted from the second light splitting unit 20 are incident on the laser light from the first light splitting unit 16.
  • the light is incident on the beam splitter 34 from the surface opposite to the surface (hereinafter referred to as the back surface).
  • the eight laser beams emitted from the first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 are All are incident on the beam splitter 34 along a plane orthogonal to the light splitting plane of the beam splitter 34, that is, the XZ plane. Each laser beam is incident on the beam splitting surface 34 at a predetermined angle (0 ° ⁇ 0 ⁇ 90 °). However, the laser beam (L 1 1-1 to L 1 1-4) emitted from the first light splitting unit 16 and the laser beam (L 1 2-2) emitted from the second light splitting unit 20 The optical axes of 1 to L 1 2-4) are incident so that they do not coincide.
  • the first laser beam L 1 1 -1 emitted from the first light splitting unit 16 and the first laser beam L 1 2-1 emitted from the second light splitting unit 20 Is incident on the same position on the light separation surface of the beam splitter '34 (although there is a difference between the front and back surfaces).
  • the second laser light L 1 1-2 emitted from the first light splitting section 16 and the second laser light L 1 2-2 emitted from the second light splitting section 20 are a beam splitter. 3 It is incident on the same position on the light separation surface.
  • the third laser light L 1 1-3 emitted from the first light splitting unit 16 and the third laser light L 1 2-3 emitted from the second light splitting unit 20 are It is incident on the same position on the light separation surface at evening 34.
  • the fourth laser light L 1 1-4 emitted from the first light splitting unit 16 and the second laser light L 1 2-4 emitted from the second light splitting unit 20 are a beam splitter. It is incident on the same position on 34 light separation surfaces.
  • the output lights L 2 0-5 to L 2 0-8 are reflected by the mirror 36 and emitted in parallel with the output lights L 2 0-l to L 2 0-4.
  • the first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 use the same optical member, and the inner part of the optical member The arrangement configuration is the same.
  • the first light splitting unit 16 and the second light splitting unit 20 have an arrangement in which the optical axis direction of the emitted laser light is the central axis and they are inverted by 180 ° with respect to the central axis. It has become.
  • the light combining unit 21 performs the m-th (1 ⁇ m ⁇ n) laser light L 11 -m of the first light splitting unit 16.
  • the m-th laser beam L 1 2-m of the second light splitting unit 20 is synthesized.
  • the laser annealing apparatus 10 synthesizes laser light even if a difference in transmission and reflection separation ratios occurs in the beam splitting of the separation optical system due to manufacturing errors. Can cancel the error.
  • the first beam splitter 31 and the second beam splitter 31 of the first light splitter 16 and the second light splitter 20 shown in FIG. Figure 6 is a graph showing the intensities of laser beams L 2 0-1 to L 2 0-8 when the error in the ratio of the amount is 2 percent and the reflectivity of Mirror 33 is 99 percent. Shown in FIG. 6 shows the intensity ratios of the laser beams L 2 0-2 to L 20-8 when the intensity of the laser beam L 2 0-1 is used as a reference.
  • Equation 3 the relationship between the number m of transmission and reflection of the laser beam at the i-th B S i and i is as shown in Equation 3 below.
  • the transmittance T at B Si is as shown in the following equation 4.
  • Equation 5 the reflectance R at B Si is as shown in Equation 5 below.
  • each beam splitter and reflector In order to make the n laser beams to be output incoherent light that does not interfere with each other, it is necessary to arrange each beam splitter and reflector as follows.
  • the distance t 0 between the first beam split and the reflector is set as shown in Equation 6 below.
  • the distance t (j-1) between the first beam splitter: BS 1 and the j th beam splitter BS (j) is given by Set as shown in 7.
  • J is an integer from 2 to k.
  • each beam splitter and reflector must be arranged as follows. '
  • the distance t 0 between the first beam spline and the reflector is set as shown in Equation 8 below.
  • the distance t (j-1) between the beam spline B S (j) placed in the second position is set as shown in Equation 9 below.
  • J is an integer from 2 to k.
  • one laser beam can be divided into n parallel laser beams that are incoherent and have the same intensity.
  • a laser annealing apparatus 40 includes a stage 1 2 on which a substrate 11 is placed, and a first laser light source 1 3 that emits laser light. 19 and the first collimator 14 and the first Athens tour 15 provided on the optical path of the laser light emitted from the first laser light source 13, and the second collimator emitting the laser light. A laser light source 17, a second collimator 18 provided on the optical path of the laser light emitted from the second laser light source 17, and a second Athens night 19.
  • the laser annealing apparatus 40 according to the present invention shown in FIG. 7 is a first laser that splits the laser light emitted from the first Athens overnight 15 into two laser lights in the horizontal direction X in FIG. Horizontal light splitting unit 41, a second horizontal light splitting unit 42 that splits the laser light emitted from the second Athens evening 19 into two laser beams in the horizontal direction, and the first horizontal light
  • the two laser beams divided by the dividing unit 4 1 are divided into four in the vertical direction in the Y direction in FIG. 7 to output a total of eight laser beams, and the second vertical light dividing unit 4 3
  • Horizontal light splitting part 4 2 laser light parts divided by 2 are divided into 4 parts in the vertical direction and a total of 8 laser light parts are output.
  • the second vertical light splitting section 4 It consists of a light combining section 45 that mixes 8 laser beams each emitted from 4 and emits 16 laser beams, and 16 convex lenses.
  • the laser beam emitted from the first Athens evening 15 is incident on the first horizontal light splitting unit 41 and the laser beam emitted from the second Athens evening 19 is divided into the second horizontal light splitting. Part 4 is incident.
  • the first horizontal light splitting unit 41 divides the incident laser beam in the X direction and emits two laser beams arranged in parallel at equal intervals.
  • the optical paths of the two laser beams emitted from the first horizontal light splitting unit 41 are aligned in the X direction in FIG. 7, for example.
  • the two laser beams emitted from the first horizontal light splitting unit 41 are laser beams that do not interfere with each other.
  • the length of the optical path formed for splitting the laser light is different for each emitted laser light. In other words, the length of the optical path from the laser beam entrance to the laser beam exit is all different for each of the two laser beams.
  • each optical path is given a difference that is greater than the coherence distance defined by the first laser light source 13.
  • the first horizontal light splitter 4 1 is an example
  • the configuration can be realized by removing the beam splitter 3 2 of the light splitting section 16 shown in FIG.
  • the second horizontal light splitting section 42 splits the incident laser light in the X direction and emits two laser lights arranged in parallel at equal intervals.
  • the optical paths of the two laser beams emitted from the second horizontal light splitting unit .42 are, for example, aligned in the X direction in FIG.
  • the two laser beams emitted from the second horizontal light splitting section 42 are laser beams that do not interfere with each other.
  • the length of the optical path formed for splitting the laser light is different for each emitted laser light. In other words, the length of the optical path from the laser beam entrance to the laser beam exit is all different for each of the two laser beams.
  • the second horizontal light splitting unit 42 can be realized by a configuration in which the beam splitter 32 of the light splitting unit 16 shown in FIG. 7 is removed.
  • first horizontal light splitting section 41 and the second horizontal light splitting section 42 use the same optical member, and the arrangement of the optical members is the same.
  • first horizontal light splitting section 41 and the second horizontal light splitting section 42 are arranged so that the optical axis direction of the emitted laser light is the center and the axis is targeted. That is, the first horizontal light splitting unit 41 and the second horizontal light splitting unit 42 are arranged so as to rotate about 180 ° with respect to the emission direction of the laser beam in the vertical direction in FIG. Yes.
  • the two laser beams emitted from the first horizontal light splitting unit 41 are incident on the first vertical light splitting unit 43 and the two lasers emitted from the second horizontal light splitting unit 42 The light is incident on the second vertical light splitter 44.
  • the first vertical light splitting unit 43 outputs each of the two laser beams arranged parallel to the X direction in FIG. 7 by dividing them into four in the vertical direction in FIG. Accordingly, a total of eight laser beams are emitted from the first vertical light splitting unit 43.
  • the eight laser beams emitted from the first vertical light splitting section 4 3 are arranged in a matrix with two rows in the X direction in FIG. 7 and four rows in the vertical direction in FIG. Further, the eight laser beams emitted from the first vertical light splitting unit 43 are laser beams having no interference with each other.
  • the length of the optical path from the laser beam entrance to the laser beam exit is all for each vertical laser beam. Is different.
  • each optical path has a difference equal to or greater than the coherence distance defined by the first laser light source 13.
  • the first vertical light splitting unit 43 can be realized, for example, by rotating the light splitting unit 16 shown in FIG. 7 90 degrees around the Z direction.
  • the second vertical light splitting section 44 outputs each of the two laser beams arranged in parallel in the X direction in FIG. 7 and independently divides them into four in the Y direction in FIG. Accordingly, a total of eight laser beams are emitted from the second vertical light splitting unit 44.
  • the eight laser beams emitted from the second vertical light splitting section 44 are in the form of a matrix with two rows in the X direction and four rows in the Y direction in FIG. Further, the eight laser beams emitted from the second vertical light splitting unit 44 are laser beams having no interference with each other.
  • the lengths of the optical paths from the laser beam entrance to the laser beam exit are all different for each vertical laser beam.
  • each optical path has a difference greater than the coherent distance defined by the second laser light source 17.
  • the second vertical light splitting unit 44 can be realized, for example, by rotating the light splitting unit 16 shown in FIG. 7 90 degrees around the Z direction in FIG.
  • FIG. 8 shows a view of the first horizontal light splitting unit 41, the first vertical light splitting unit 43, and the light combining unit 45 from the X direction in FIG. 7, and FIG.
  • the figure which looked at the light division part 42, the 2nd vertical light division part 44, and the light composition part 45 from the X direction in FIG. 7 is shown.
  • the first vertical light splitting section 43 and the second vertical splitting section 44 use the same optical member, and the arrangement of the optical members is the same. Are the same.
  • the first vertical light splitting section 43 and the second vertical splitting section 44 are centered on an axis parallel to the optical axis direction of the emitted laser light, and are inverted by 180 ° with respect to the axis. It has been arranged.
  • Eight laser beams emitted from the first vertical light splitting unit 4 3 and the second vertical splitting unit 44 are incident on the light combining unit 45.
  • the light combiner 45 mixes the eight laser beams emitted from the first vertical beam splitter 43 and the eight laser beams emitted from the second vertical beam splitter 44. , Emits a group of laser beams arranged in four horizontal rows in the X direction and four vertical rows in the Y direction.
  • the 16 laser beams emitted from the light combining unit 45 have the same intensity.
  • the configuration of the photosynthesis unit 45 is the same as that of the photosynthesis unit 2 1 described above. However In the first embodiment, the laser beams arranged in a line in the X direction are synthesized. In the second embodiment, the laser beams arranged in a matrix are incident. It is necessary that the light separation surface be large enough to irradiate 8 laser beams. .
  • the light combining unit 45 includes a beam splitter 34 that reflects and transmits incident laser light and separates it into two laser lights.
  • the light separation surface of the beam splitter 3 4 is orthogonal to the X-Z plane.
  • the beam splitter 3 4 has a transmission / reflection ratio of 1: 1.
  • the eight laser beams emitted from the first vertical beam splitting unit 43 are reflected by the mirror 35 and then enter the beam splitter 34 from one side (hereinafter referred to as the surface).
  • the eight laser beams emitted from the second vertical light splitting portion 44 are the surfaces opposite to the surfaces on which the laser light from the first vertical light splitting portion 43 is incident (hereinafter referred to as the ridge surface). ) Is incident on beam splitter 3 4.
  • a total of 1 6 laser beams emitted from the first vertical light splitting unit 4 3 and the second vertical light splitting unit 4 4 have a predetermined angle 0 (0 with respect to the light splitting surface of the beam splitter 3 4. Incident at ⁇ 90 °). However, the optical axis of the laser beam emitted from the first vertical light splitting unit 43 and the laser beam emitted from the second vertical light splitting unit 44 are incident so as not to coincide with each other.
  • the laser beam at the position (s, t) emitted from the first vertical light splitting section 43 and the laser beam at the position (s, t) emitted from the second vertical light splitting section 44 Is incident on the same position on the beam splitting surface of the beam splitter 34 (although there is a difference between the front and back surfaces).
  • (s, t) indicates the position of the 2 X 4 matrix laser beam.
  • the 16 output laser beams output from the light combining unit 45 are incident on the lens array 46.
  • the lens array 46 is composed of 16 convex lenses arranged in a matrix as shown in FIG. The arrangement interval of the convex lenses is from the light combining unit 45. Each convex lens is provided on the optical axis of each output laser beam in the same interval as the output laser light. The output laser light emitted from the lens array 46 is once condensed and incident on the condenser lens 23.
  • the condenser lens 2 3 synthesizes 16 output laser beams condensed by the lens array 46 and condenses them on a predetermined irradiation area on the substrate 11.
  • the laser light is split two-dimensionally. Even in this case, the relationship between the first horizontal light splitter 4 1 and the second horizontal light splitter 4 2, the relationship between the first vertical light splitter 4 3 and the second vertical light splitter 4 4
  • the same optical member is used, and the arrangement configuration inside the optical member is the same.
  • the optical axis direction of the emitted laser light is the central axis, and the arrangement is reversed 180 ° relative to the central axis.
  • the light combining unit 45 emits the laser light emitted from the first vertical light dividing unit 43 and the second vertical light dividing unit 44. Laser light at the same position in the matrix is combined with the laser light. That is, in the laser annealing apparatus 40 of the second embodiment, the laser beams separated through the opposing paths are combined. + ⁇
  • the light irradiation apparatus synthesizes light beams that follow the opposite optical paths, so that error components generated on the split paths are canceled out, and a plurality of lights output from the light combining means
  • the beam intensity can be the same.

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Abstract

　本発明は、レーザアニール装置に用いられる光照射装置であり、１本のレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第１の分割部（１６）及び第２の分割部（２０）と、第１の光分割部（１６）から出射されたｍ（ｍは、１以上ｎ以下の整数。）番目のレーザ光と、第２の光分割部（２０）から出射されたｍ番目の光ビームとを合成する合成部（２１）とを備えている。第１の分割部（１６）と第２の分割部（２０）とは、互いに同一の光学部材により構成され、且つ、互いに反転した位置に配置されている。

Description

明細書 光照射装置 技術分野 本発明は、 例えば、 ポリシリコン薄膜トランジスタの製造などに用いられるレ ーザァニール装置等に適用されて有用な光照射装置に関する。
本出願は、 日本国において 2 0 0 2年 1 1月 5日に出願された日本特許出願番 号 2 0 0 2— 3 2 1 7 0 4を基礎として優先権を主張するものであり、 この出願 は参照することにより、 本出願に援用される。 背景技術 近年、 液晶ディスプレイ等の薄膜トランジスタのチャネル層にキヤリア移動度 の高いポリシリコン膜が用いられるようになっている。 薄膜トランジスタのチヤ ネル層に用いられるポリシリコン膜は、 一般に、 ガラス基板上のアモルファスシ リコンにレーザ光を照射して熱処理をすることによって製造される。 このように レーザ光を照射して物質を熱処理する方法は、 レーザァニール処理と称され、 レ —ザァニール処理を行う装置は、 レ一ザァニール装置と称されている。
ポリシリコン膜を製造する場合、 薄膜トランジスタの特性の悪化を防止するた め、 ビーム径内のエネルギ強度が均一となっているレ一ザ光によりレーザァニー ルを行う必要がある。
ところが、 コリメ一夕等で形成された平行光束は、 ビーム径内のエネルギ強度 分布がガウス分布となっている。 つまり、 通常の平行光束は、 ビーム径の中心部 分では強度が高く、 光束の周縁部分では強度が低くなつている。 そのため、 レー ザァニール装置では、 ビ一ム径内の強度分布がガウス分布となっているレーザ光 から、 スポッ トの中心部分から周縁部分まで均一な強度分布のレーザ光を形成し、 そのレーザ光を用いて熱処理を行わなければならない。 通常、 レーザァニール装 置では、 レーザ発振器から出射されたレ一ザ光をコリメータ等で平行光束とした のち、 フライアイレンズ等の光分割手段で複数の光束を作り、 再度その光束を合 成することによって、 基板上のレーザ光の照射領域の強度分布を均一化している ( ところで、 レーザ発振器の一つとして固体レーザがある。 固体レーザは、 半導 体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、 母体材料中に希土類ィォ ンゃ遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を光によって励起して、 レ 一ザ光の出射を行う装置である。
固体レーザは、 出射するレーザ光が安定しており、 寿命も長い。 したがって、 レーザァニール装置のレーザ光源として固体レーザを採用することによって、 レ —ザァニール装置の一般的な光源として利用されているエキシマレーザを採用し たときに生じる不安定性の問題点が解決されると考えられる。
固体レ一ザから出射されたレーザ光は、 エキシマレーザから出射されたレーザ 光と比較して干渉性が高い。 したがって、 レーザ光源として固体レーザを採用し たときには、 フライアイレンズによって分割された各レーザビームを合成すると、 互いに干渉してしまう。 干渉したレーザ光を用いた場合、 照射スポッ ト内に干渉 縞が生じ、 ビーム径内の強度分布を均一化することができない。
このような問題を解決するため、 本出願人は、 フライアイレンズの代わりに、 1本のレ一ザ光を互いに千渉性のない複数のレーザ光に分割する分割光学手段を 用いたレ ザァニール装置を、 日本国特許出願 特願 2 0 0 1— 3 7 4 9 2 2の 明細書及び図面で提案した。
以下、 上記特許出願で提案したレーザァニール装置について簡単に説明をする c 図 1に、 上記特許出願で提案したレーザァニール装置の構成図を示す。
図 1に示すレーザァニール装置 1 0 0では、 先ず、 レーザ光源 1 0 1からレー ザ光 L 1 2 0が出射される。 レーザ光源 1 0 1から出射されたレーザ光 L 1 2 0 は、 コリメータ 1 0 2によって平行光とされた後に、 光分割部 1 0 3に入射され る。
光分割部 1 0 3は、 第 1及び第 2のビ一ムスプリヅ夕 （以下、 B Sと略す） 1 0 4、 1 0 5と、 反射鏡 1 0 6とを備えている。 第 1 の B S 1 ◦ 4の光分割面、 第 2の B S 1 0 5の光分割面及び反射鏡 1 0 6の光反射面は、 全て平行に配置さ れている。
コリメータ 1 0 2によって平行光とされたレーザ光 L 1 20は、 第 1の B S 1 04に入射される。 第 1の B S 1 04は、 レーザ光 L 1 2 0を透過光 （以下、 レ —ザ光 L 1 2 1 と称する。 ） と反射光 （以下、 レーザ光 L 1 2 2と称する。 ） と に分離する。 第 1の B S 1 04は、 1 ： 1の強度割合で透過光と反射光とを分割 する。
レーザ光 L 1 2 1は、 第 2の B S 1 0 5に入射する。 第 2の B S 0 1 5は、 入 射されたレーザ光 L 1 2 1を、 さらに、 透過光 （以下、 レーザ光 L 1 2 3と称す る。 ） と反射光 （以下、 レーザ光 L 1 24と称する。 ） とに分離する。 第 2の B S 1 0 5は、 1 ： 1の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
レーザ光 L 1 2 3は、 第 1の凸レンズ 1 07に入射する。 レーザ光 L 1 24は、 反射鏡 1 0 6によって反射された後に第 2の凸レンズ 1 08に入射する。 . 一方、 レーザ光 L 1 2 2は、 反射鏡 1 0 6によって反射された後に、 第 2の B S 1 0 5に入射する。 第 2の B S 1 0 5は、 入射されたレーザ光 L 1 2 2を、 さ らに、 透過光 （以下、 レーザ光 L 1 2 5と称する。 ） と反射光 （以下、 レーザ光 L 1 2 6と称する。 ） とに分離する。 第 2の B S 1 ◦ 5は、 1 : 1の強度割合で 透過光と反射光とを分割する。
レーザ光 L 1 2 5は、 第 3の凸レンズ 1 09に入射し、 レーザ光 L 1 2 6は反 射鏡 1 0 6によって反射された後に第 4の凸レンズ 1 1 1に入射する。
以上のように生成された 4本のレーザ光 L 1 2 3、 L 1 2 , L 1 2 5、 L 1 2 6は、 互いに平行であり、 その強度が全て分割前のレーザ光 L 1 2 0に対して 1/4となっている。
レーザ光 L 1 2 3、 レーザ光 L 1 24、 レーザ光 L 1 2 5及びレーザ光 L 1 2 6は、 第 1〜第 4の凸レンズ 1 07〜 1 1 0により、 それそれ一度集束した後に、 コンデンサレンズ 1 1 1へ入射する。 そして、 コンデンサレンズ 1 1 1が、 レー ザ光 L 1 2 3〜L 1 2 6を、 それそれ基板 1 1 2上の所定の範囲に照射する。 以上説明したレーザァニール装置 1 00では、 第 1の B S 1 04の光分割面と 第 2の B S 1 0 5の光分割面との間の間隔 tと、 第 1の B S 1 04の光分割面と 反射鏡 1 0 6の反射面との間の間隔 tとが、 レ一ザ光源 1 0 1から出射されたレ 一ザ光の可干渉距離を Lとし、 各光分離面間及び光分離面と反射鏡との間の媒質 の屈折率を n、 光分割面への入射光ビームの入射角を Θとしたとき、 次の式 1を 満たすように設定される。
t > L / ( 2 n cosの . · . ( 1 )
従って、 レーザ光 L 1 2 3〜L 1 2 6は、 同一のレーザ光源 1 0 1から出射さ れたレーザ光であるにもかかわらず、 全ての光路が可干渉距離以上となっており、 互いに干渉しない。 したがって、 レーザァニール装置 1 0 0は、 干渉縞を生じさ せることなく基板 1 1 2上の所定の範囲を均一な強度で照射し、 被照射物全体を 均一に照射することが可能となる。
ところで、 上述のレーザァニール装置 1 0 0において、 B S 1 0 4、 1 0 5の 光の透過量と反射量との比は、 理想的には 1 ： 1であることが望ましい。 しかし ながら、 製造誤差等により、 実際上の透過 Sと反射量との比は 1 ： 1 とはならな レ、。 また、 反射鏡 1 ◦ 6の反射率も、 理想的には 1 0 ◦パ一セントであることが 望ましい。 しかしながら、 製造誤差等により、 実際上の反射率は、 1 0 0パーセ ントよりも低くなつてしまう。 従って、 光分割部 1 0 3から出射されるレーザ光 L 1 2 3〜L 1 2 6は、 理想的には全て同一の強度であることが望ましいが、 実 際上、 強度は同一とならない。
例えば、 B S 1 0 4、 1 0 5の反射率と透過率との比の誤差を 2パーセントと し、 反射鏡 1 0 6の反射率を 9 9パーセントとした場合における、 レ一ザ光 L 1 2 3〜L 1 2 6の強度を示したグラフを図 2に示す。 図 2では、 レーザ光 L 1 2 3の強度を基準とした場合における、 各レーザ光 L 1 2 4〜L 1 '2 ·6の強度比率 を示している。
この図 2に示すように、 上記の条件で 4本のレーザ光 L 1 2 3〜L 1 2 6を生 成した場合、 光の強度に 1 7パーセント程度の差が生じてしまうことがわかる。 B S 1 0 4、 1 0 5及び反射鏡 1 0 6のそれそれの誤差が小さいにも関わらず、 これほどの強度差が生じてしまうのは、 多重反射により製造誤差成分が蓄積して しまうためである。 発明の開示 200
本発明の目的は、 上述したような従来の技術が有する問題点を解消することが できる新規な光照射装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、 1本のレーザ光を複数のレーザ光に分割する際に、 分割 された各レーザ光の強度を同一とする光照射装置を提供することにある。
本発明に係る光照射装置は、 光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光に 分割する 1以上の光分離面を有した光学構造とされ、 1本の光ビームが入射され、 入射された 1本の光ビームを 1以上の光分離面を経由させることによって n本
( nは 2以上の自然数） の光ビームを生成する第 1の出射手段と、 第 1の出射手 段と同一の光学構造とされ、 1本の光ビームが入射され、 入射された 1本の光ビ ームを 1以上の光分離面を経由させることによって n本の光ビームを生成する第 2の出射手段と、 第 1の出射手段から出射された n本の光ビ一ムと第 2の出射手 段から出射された n本の光ビームとが入射され、 互いの 1本の光ビーム同士を合 成して、 n本の光ビームを出力する光合成手段とを備えている。
本発明に用いられる光合成手段は、 第 1の出射手段及び第 2の出射手段により 生成された各 n本の光ビームに対して、 その光ビームの生成経路中における反射. 及び透過により生じた光路長の短い順に、 1番目から n番目まで順位を付けたと き、 第 1の出射手段により生成された第 m番目 （mは 1から nまでの任意の整 数） の光ビームと、 第 2の出射手段により生成された第 （n— m + 1 ) 番目の光 ビームとを同軸上に合成する。 '
本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下におい て図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明に先行するレーザァニール装置の構成図である。
図 2は、 図 1に示すレーザァニール装置で分割された 4本のレーザ光の強度分 布グラフを示す図である。
図 3は、 本発明の第 1の実施の形態のレーザァニール装置の構成図である。 図 4は、 図 3に示すレーザァニール装置の分割光学系及び合成光学系の構成図 である。
図 5は、 分割光学系の一例を示す構成図である。
図 6は、 本発明に係るレーザァニール装置で分割された 8本のレーザ光の強度 分布グラフを示す図である。
図 7は、 本発明の第 2の実施の形態のレ一ザァニール装置の構成図である。 図 8は、 図 7に示すレーザァニール装置の第 1の分割光学系の構成図である。 図 9は、 図 7 'に示すレーザァニ一ル装置の第 2の分割光学系の構成図である。 図 1 0は、 本発明に係るレーザァニール装置に用いられるレンズアレイの一例 を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態 ' 以下、 本発明を適用したレーザァニール装置を、 図面を参照しながら説明をす る。 なお、 以下に説明する本発明に係るレーザァニール装置は、 平板状のァニー ル対象物である基板にレーザ光を照射することによって、 当該基板を熱処理する 装置である。 例えば、 本発明に係るレーザァニール装置は、 液晶表示装置、 有機. E L.表示装置のスィ ヅチング素子となる薄膜トランジス夕のチャネル層の形成時 に用いられる。 すなわち、 ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜に 対じて熱処理をしてポリシリコン膜を形成する際に用いられる。
第 1の実施の形態
まず、 本発明の第 1の実施の形態について説明する。 このレーザァニール装置 1 ◦は、 図 3に示すように、 基板 1 1を載置するステ一ジ 1 2と、 レーザ光を出 射する第 1のレーザ光源 1 3と、 第 1のレーザ光源 1 3から出射されたレーザ光 の光路上に設けられた第 1のコリメータ 1 4及び第 1のアテネ一夕 1 5と、 第 1 のアテネ一夕 1 5から出射されたレーザ光を n本のレ一ザ光に分割する第 1の光 分割部 1 6と、 レーザ光を出射する第 2のレーザ光源 1 7と、 第 2のレーザ光源 1 7から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第 2のコリメ一夕 1 8及び第 2のアテネ一夕 1 9と、 第 2のアテネ一夕 1 9から出射されたレーザ光を n本の レーザ光に分割する第 2の光分割部 2 0 とを備えている。 なお、 nは自然数であ る。
また、 本発明に係るレーザァニール装置 1 0は、 第 1の光分割部 1 6及び第 2 の光分割部 2 0から出射された各 n本のレーザ光を混合して （ 2 X n ) 本のレ一 ザ光を出射する光合成部 2 1 と、 （ 2 X n ) 個の凸レンズから構成され光合成部 2 1から出射された （ 2 X n ) 本のレーザ光が入射されるレンズアレイ 2 2 と、 レンズアレイ 2 2から出射された （ 2 x n ) 本のレーザ光を基板 1 1の所定の領 域に導くコンデンサレンズ 2 3 とを備えている。
ステージ 1 2は、 平板状の基板 1 1が載せられる平坦な主面を有している。 ス テ一ジ 1 1は、 主面上に載せられた基板 1 1を保持しながら、 主面に平行な方向 である図 3中の X方向及び Y方向に移動する。 レーザァニール装置 1 0では、 ス テ一ジ 1 2を移動させることによって、 基板 1 1 とレーザ光の照射スポヅ トとの 相対位置を移動させることができる。 つまり、 ステージ 1 2を移動させることに よって、 基板 1 1上のァニールを行う位置を制御することができる。 なお、 ステ ージ 1 2の移動制御は、 図示しないコン トローラにより行われる。
第 1のレーザ光源 1 3 '及び第 2のレーザ光源 1 7 ·は、 それぞれ 1つの光束のレ —ザ光をパルス発振して出力する。 レーザァニール装置 1 0では、 第 1のレーザ 光源 1 3及び第 2のレーザ光源 1 7 として固体レーザを採用している。 固体レー ザは、 半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、 母体材料中に '希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を、 光によって 励起して、 レーザビームを出射する装置である。 ここで、 固体レーザとしては、 母体材料にガラスを用いて N d 3 +を ドープしたガラスレーザや、 ルビ一に C r 3 + をド一プしたルビーレーザ、 ィ ヅ ト リウムアルミニウムガーネッ ト （Y A G ) に N d 3 +を ドープした Y A Gレーザ、 さらに、 それらのレーザの波長を非線形光学 結晶を用いて波長変換したレーザなどを用いることができる。 また、 固体レーザ に代えて、 半導体レーザ等も用いてもよい。
第 1のレーザ光源 1 3 と第 2のレーザ光源 1 7とは、 同一波長のレーザ光を出 射するが、 異なるレーザ発振器となっており、 両者から出射されたレーザ光は合 成されたとしても干渉はしない。 第 1のレーザ光源 1 3から出射されたレーザ光は、 第 1のコリメ一夕 1 4に入 射される。 第 1のコリメータ 1 4は、 入射されたレーザ光を所定のビーム径の平 行光束とする。 第 1のコリメータ 1 4から出射されたレーザ光は、 第 1のアテネ 一夕 1 5に入射される。 第 1のアテネ一夕 1 5は、 入射されたレーザ光の強度を 調整する。 第 1のアテネータ 1 5から出射されたレーザ光は、 第 1の光分割部 1 6に入射される。 '
第 2のレーザ光源 1 7から出射されたレーザ光は、 第 2のコリメータ 1 8に入 射される。 第 2のコリメータ 1 8は、 入射されたレーザ光を所定のビーム径の平 行光束とする。 第 2のコリメータ 1 8から出射されたレーザ光は、 第 2のアテネ 一夕 1 9に入射される。 第 2のアテネ一夕 1 9は、 入射されたレーザ光の強度を 調整する。 第 2のアテネ一夕 1 9から出射されたレーザ光は、 第 2の光分割部 2 0に入射される。
以下、 第 1のアテネ一タ 1 5から第 1の光分割部 1 6へ入射されるレーザ光を、 レーザ光 L 1 1という。 また、 第 2のアテネ一夕 1 9から第 2の光分割部 2 0へ 入射されるレ一ザ光を、 レーザ光 L 1 2という。 レーザ光 L 1 1とレーザ光 L 1 ■2とは、 互いに強度及びビ一ム径が同一となるように、 コリメ一夕 1 4、 1 8及 びアテネ一夕 1 5、 1 9により調整されている。 .
第 1の光分割部 1 6は、 入射されたレーザ光 L I 1を分割して、 等間隔に並ん だ n本の平行なレーザ光を出射する。 第 1の光分割部 1 6から出射される n本の レーザ光の光路は、 例えば図 3中の X方向に並んでいる。 また、 第 1の光分割部 1 6から出射される ϋ本のレーザ光は、 互いに干渉性のないレーザ光とされてい る。 例えば、 第 1の光分割部 1 6では、 レーザ光の分割を行うために形成された 光路の長さが、 出射する各レーザ光毎に異なっている。 つまり、 レーザ光 L 1 1 の入射口から出射口までの光路の長さが、 η本のレーザ光毎に全て異なっている。 さらに、 その各光路に第 1のレーザ光源 1 3により規定される可干渉距離以上の 差がつけられている。 このため、 出射される各レーザ光は、 互いに干渉性がない 状態とされる。
なお、 第 1の光分割部 1 6から出射される η本のレーザ光は、 その並びの順序 に従い番号を付けて説明をする。 例えば、 第 1の光分割部 1 6から出射される η 本レーザは、 図 3中 X方向に並んでおり、 X方向の一方から順番に 1ずつ増加す るように番号が付けられている。 具体的には、 X方向の一方から、. 第 1番目のレ —ザ光をレーザ光 L 1 1 - 1 とし、 第 2番目のレーザ光をレーザ光 L 1 1 - 2とし、 第 3番目のレーザ光 L 1 1 - 3とし、 以下順次番号を付けていき、 最後に第 n番目 のレーザ光をレーザ光 L 1 1 - riとする。
第 2の光分割部 2 0は、 入射されたレーザ光 L 1 2を分割して、 等間隔に平行 に並んだ n本のレーザ光を出射する。 第 2の光分割部 2 0から出射される n本の レーザ光の光路は、 例えば図 3中の X - Z平面上に形成され、 X方向に並んでいる, また、 第 2の光分割部 2 0から出射される n本のレーザ光は、 互いに干渉性のな いレーザ光とされている。 例えば、 第 2の光分割部 2 0では、 レーザ光の分割を 行うために形成された光路の長さが、 出射する各レーザ光毎に異なっている。 つ まり、 レ一ザ光 L 1 2の入射口から出射口までの光路の長さが、 n本のレ一ザ光 毎に全て異なっている。 さらに、 その各光路に第 2のレーザ光源 1 7により規定 される可干渉距離以上の差がつけられている。 このため、 出射される各レ一ザ光 は、 互いに干渉性がない状態とされる。
なお、 第 2の光分割部 2 0から出射される n本のレーザ光は、 その並びの順序 に従い番号を付けて説明をする。 例えば、 第 2の光分割部 2 0から出射されるレ —ザ光は、 図 3中 X方向に並んでおり、 矢印 X方向の一方から順番に 1ずつ増加 するように番号が付けられている。 なお、 番号を増加させていく方向は、 第 1の 光分割部 1· 6に付けた番号の増加方向と同一とする。 具体的には、 X方向の一方 から、 第 1番目のレーザ光をレーザ光 L 1 2 - 1とし、 第 2番目のレーザ光をレー ザ光 L 1 2 - 2とし、 第 3番目のレーザ光 L 1 2 - 3とし、 以下順次番号を付けて いき、 最後に第 n番目のレーザ光をレーザ光 L 1 2 - nとする。
ここで、 第 1の光分割部 1 6と第 2の光分割部 2 0とは、 互いに同一の光学部 材を用い、 その光学部材の内部の配置が同一である。
但し、 第 1の光分割部 1 6と第 2の光分割部 2 0とは、 出射するレーザ光の光 軸方向に平行な軸を中心とし、 その軸に対して 1 8 0 ° 反転された配置とされて いる。 すなわち、 第 1の光分割部 1 6と第 2の光分割部 2 0とは、 図 3中 Z方向 の軸を中心に 1 8 0度反転した配置となっている。 W
10 このため、 第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0から出射されるレーザ 光の関係が次のようになっている。 すなわち、 第 1の光.分割部 1 6の第 1番目の レーザ光 L 1 1 -1を生成するために形成された第 1の光分割部 1 6内の光学経路 と、 第 2の光分割部 20の第 n番目のレーザ光 L 1 2 -nを生成するために形成さ れた第 2の光分割部 2 0内の光学経路とが同じとなる。 また、 第 1の光分割部 1 6の第 2番目のレーザ光 L 1 1 -2を生成するために形成された第 1の光分割部 1 6内の光学経路と、 第 2の光分割部 2 0の第 （n— 1 ) 番目のレーザ光 L 1 2- (n— 1 ) を生成するために形成された第 2の光分割部 2 0内の光学経路とが同 じとなる。 また、 第 1の光分割部 1 6の第 3番目のレーザ光 L 1 1 -3を生成する ために形成された第 1の光分割部 1 6内の光学経路と、 第 2の光分割部 20の第 (n— 2 ) 番目のレーザ光 L 1 2- (n- 2 ) を生成するために形成された第 2の 光分割部 2 0内の光学経路とが同じとなる。
つまり、 第 1の光分割部 1 6の第 m (mは 1以上 n以下の整数） 番目のレ一ザ 光 L 1 1 -mを生成するために形成された第 1の光分割部 1 6内の光学経路と、 第 2の光分割部 2 0の第 （n— m+ 1 ) 番目のレーザ光 L 1 2 - (n-m+ 1 ) を生 成するために形成された第 2の光分割部 2 0内の光学経路とが同じとなる。 従つ て、 第 1の光分割部 1 6の第 m番目のレーザ光と、 第 2の光分割部 20の第 （n 一 m+ 1 ) 番目のレーザ光とは、 入射されたレーザ光から同一の光学部材を通過 して生成されることとなる。
なお、 第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0の具体的な構成例について は、 その詳細を後述する。
以上のような第 1の光分割部 1 6から出射された n本のレーザ光 L 1 1 - 1〜L 1 1 - n、 並びに、 第 2の光分割部 2 0から出射された n本のレーザ光 L 1 2-1
〜L 1 2 -nは、 光合成部 2 1に入射される。
光合成部 2 1は、 第 1の光分割部 1 6から出射された n本のレーザ光 L 1 1 -1
〜L 1 1 -nと、 第 2の光分割部 2 0から出射された n本のレーザ光 L 1 2- 1〜 L 1 2- nとを合成し、 等間隔に平行に並んだ （ 2 X n) 本のレ一ザ光を出射する。 光合成部 2 1から出射される n本のレーザ光は、 例えば図 3中の X方向に並んで いる。 （2 xn) 本のレーザ光の強度は全て同一である。 以下、 光合成部 2 1から出射された （2 xn) 本の出カレ一ザ光に対して、 そ の並び順序に従い番号を付ける。 具体的には、 光合成部 2 1から出力される第 1 番目のレ一ザ光をレーザ光 L 20-1とし、 第 2番目のレーザ光をレーザ光 L 20 - 2とし、 第.3番目のレーザ光 L 20-3とし、 第 n番目のレーザ光をレーザ光 L 20- nとし、 第 （n+ l) 番目のレ一ザ光を L 20- ( n + 1 ) とし、 第 （n + n) 番目のレーザ光を L 20- (n + n) とする。
なお、 光合成部 2 1の具体的な構成例については、 その詳細を後述する。
光合成部 2 1から出力された ( 2 X n) 本の出力レーザ光 (L 20 - 1〜L 20 - (n + n) ) は、 レンズアレイ 22に入射される。
レンズアレイ 22は、 光合成部 2 1から出射される ( 2 X n) 本の出力レーザ 光が並んでいる方向 （例えば図 3中 X方向） に等間隔に一列に配列された （2 x n) 個の凸レンズから構成されている。 凸レンズの配列間隔は、 光合成部 2 1か ら出射される出力レーザ光の間隔と同一で、 各凸レンズが各出力レーザ光の光軸 上に設けられている。 レンズアレイ 22から出射された出力レーザ光は、 一旦集 光して、 コンデンサレンズ 23に入射される。
コンデンサレンズ 23は、 レンズアレイ 22によって集光された （2 xn) 本 の出力レーザ光を基板 1 1上の所定の照射領域上に合成し、 合成した光を基板 1 1上に照射する。
以上のように構成されたレ一ザァニール装置 1 0では、 ステージ 1 2上に基板 1 1が載置され、 その後、 レーザァニール処理が鬨始される。 レーザァニール装 置 1 0は、 レーザァニール処理が鬨始されると、 第 1のレーザ光源 1 3及び第 2 のレ一ザ光源 1 7からパルスレーザが出射される。
第 1のレーザ光源 1 3から出射されたレーザ光は、 第 1のコリメ一夕 14、 第 1のアテネ一夕 1 5及び第 1の光分割部 1 6を通過して、 互いに干渉性がなく同 一強度の n本の平行光束とされる。 第 2のレーザ光源 1 7から出射されたレーザ 光は、 第 2のコリメータ 18、 第 2のアテネ一夕 19及び第 2の光分割部 20を 通過して、 互いに干渉性がなく同一強度の n本の平行光束とされる。
第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 20から出射されたそれぞれ n本のレ 一ザ光は、 光合成部 2 1により合成され、 （2 xn) 本の出力レーザ光とされる。 ( 2 x n ) 本の出カレ一ザ光は、 レンズアレイ 2 2及びコリメ一夕 2 3を介して 合成され、 基板 1 1上の所定の領域に照射される。
'そして、 レーザァニール装置 1 0では、 ステージ 1 2を平行移動させて、 平板 状の基板 1 1を、 主面に対して平行な方向 （図 3中 X - Y方向） に移動させ、 基板 1 1の全領域にレーザ光'を照射してァニール処理を行う。
次に、 第 1の光分割部 1 6、 第 2の光分割部 2 0及び光合成部 2 1の構成につ いてさらに詳細に説明をする。 なお、 第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0から出射されるレ一ザ光の本数を 4本、 つまり、 n = 4とした場合の第 1の光 分割部 1 6、 第 2の光分割部 2 0及び光合成部 2 1の構成を例にとって説明する。 図 4に、 n = 4とした場合の第 1の光分割部 1 6、 第 2の光分割部 2 ◦及び光 合成部 2 1の構成を示す。 また、 図 5に、 n = 4とした場合の第 1の光分割部 1 6の構成を示す。 なお、 第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0に入射され るレーザ光 L 1 1、 L 1 2の入射方向を、 Z方向とする。 この Z方向は、 ステー ジ 1 1の主面に対して直交する方向である。 また、 第 1の光分割部 1 6及び第 2 の光分割部 2 0から出射される各 4本のレーザ光は、 所定の方向に平行に並んで 出射されるが、 そのレーザ光の配列方向を、 X方向とする。 なお、 X方向と Z方 向とは互いに直交する方向である。
第 1の光分割部 1 6は、 図 4及び図 5に示すように、 平面状の光分離面が Z方 向に並ぶように配置された第 1のビームスプリヅタ （B S ) 3 1及び第2の：6 3 3 2を備えている。 第 1の B S 3 1及び第 2の B S 3 2は、 光分離面に入射され たレーザ光を透過及び反射し、 2つのレーザ光に分離する素子である。 透過と反 射の分離比率は、 設計上は 1 ： 1となっている。
第 1の光分割部 1 6は、 光反射面が第 1の B S 3 1及び第 2の B S 3 2の光分 離面と平行とされ、 第 1の B S 3 1及び第 2の B S 3 2と Z方向に並んで配置さ れたミラ一 3 3を備えている。 ミラー 3 3は、 平面状の光反射面に入射されたレ 一ザ光を反射する素子である。 ミラー 3 3は、 第 1の B S 3 1よりもレーザ光 L 1 1の入射側に配置されている。
第 1の B S 3 1及び第 2の B S 3 2の光分離面、 並びに、 ミラ一 3 3の光反射 面は、 X— Z軸で形成される平面に対して垂直に配置され、 且つ、 入射されるレ 一ザ光 L I 1の入射方向、 すなわち、 X方向に対して所定の角度 0 (0 ° く Θく 9 0° ) をもって配置されている。 つまり、 レーザ光 L 1 1は、 第 1の B S 3 1 及び第 2の B S 3 2の光分離面に対して入射角 0で入射される。
第 1の B S 3 1は、 第 1のレーザ光 L 1 1-1の光軸上に配置されている。 また. 第 2の B S 3 2も、 第 1のレーザ光 L 1 1 -1の光軸上に配置されている。 また、 第 1の B S 3 1は、 入射光であるレーザ光 L I 1のみが入射され、 他の光が入射 'されないような配置及び大きさとなっている。 第 2の B S 3 1は'、 第 1の B S 3 1の透過光、 及び、 ミラ一 33で反射された後の第 1の B S 3 1の反射光が入射 · され、 他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。 ミラ一 33は、 第 1の B S 3 1の反射光、 及び、 第 2の B S 3 2の 2つの反射光が入射され、 入 射光 L 1 1を遮らないような位置に配置され且つ大きさとなっている。
但し、 第 1の B S 3 1とミラー 3 3との間の距離 t は、 第 1のレーザ光源 1 3 により設定されている可干渉距離を Lとしたとき、 L/ (2 cosS) 以上とされて いる。 また、 第 1の B S 3 1と第 2の B S 3 2との間の距離 t 2も、 第 1のレ一ザ 光源 1 3により設定されている可干渉距離を Lとしたとき、 L/ ( 2cos0) 以上 とされている。
第 1の光分割部 1 6は、 以上のような構成となっていることにより、 X方.向に 平行に並んだ互いに干渉性のない 4本のレーザ光を出射することができる。
具体的には、 第 1のレーザ光 L 1 1 - 1は、 第 1の B S 3 1を透過並びに第 2の B S 3 2を透過する経路で生成される。 第 2のレ一ザ光 L 1 1 -2は、 第 1の B S 3 1を反射並びに第 2の B S 32を透過する経路で生成される。 第 3のレーザ光 L 1 1 -3は、 第 1の B S 3 1を透過並びに第 2の B S 32を反射する経路で生成 される。 第 4のレーザ光 L 1 1 -4は、 第 1の B S 3 1を反射並びに第 2の B S 3 2を反射する経路で生成される。
第 1の光分割部 1 6から出射される 4本のレーザ光は、 互いに可干渉距離以上 の光路を通過して生成されているので、 合成されても干渉が生じない。
つまり、 第 1のレーザ光 L 1 1 -1の光路の長さと第 2のレ一ザ光 L 1 1 -2の 光路の長さを比較すると、 第 1の B S 3 1とミラー 3 3との間の距離 t！が、 可干 渉距離を Lとしたとき、 L/ ( 2 cos0) 以上となっているので、 第 2のレーザ光 L 1 1 - 2の光路の長さの方が可干渉距離 L以上長くなる。 第 2のレーザ光 L 1 1 -2の光路の長さと第 3のレーザ光 L 1 1 -3の光路の長さを比較すると、 第 1 の B S 3 1 と第 2の; B S 3 2との間の距離 t 2が、 可干渉距離を Lとしたとき、 L I ( 2 cos0 ) 以上となっているので、 第 3のレーザ光 L 1 1一 3の光路の長さの 方が可干渉距離以上長くなる。 第 3のレーザ光 L I 1 -3の光路の長さと第 4のレ 一ザ光 L 1 1 -4の光路の長さを比較すると、 第 1の B S 3 1とミラー 3 3との間 の距離 が、 可干渉距離を Lとしたとき、 L/ ( 2 cosS ) -以上となっているので、 第 4のレーザ光 L 1 1一 4の光路の長さの方が可干渉距離以上長くなる。
第 2の光分割部 2 0は、 以上のような構成の第 1の光分割部 1 6と同一の光学 部材を用いて、 同一の配置構成とされている。
但し、 第 2の光分割部 2 0は、 図 4に示すように、 出力するレーザ光の出射方 向 （Z方向） を軸として、 1 8 ◦ ° 軸反転した配置となっている:。
従って、 第 1のレーザ光 L 1 2-1は、 第 1の B S 3 1を反射並びに第 2の; B S 3 2を反射する経路で生成される。 第 2のレーザ光 L 1 1 -2は、 第 1の B S 3 1 を透過並びに第 2の B S 32を反射する経路で生成される。 第 3のレーザ光 L 1 1 _3は、 第 1の B S 3 1を反射並びに第 2の B S 3 2を透過する経路で生成され る。 第 4のレーザ光 L 1 1 -4は、 第 1の B S 3 1を透過並びに第 2の. B S 3 2を 透過する経路で生成される。
光合成部 2 1は、 図 4に示すように、 入射されたレーザ光を反射及び透過して 2つのレ一ザ光に分離するビームスプリヅ夕 34を備えている。 ビームスプリヅ 夕 34の光分離面は、 X— Z平面と直交している。 ビ一ムスプリヅ夕 34の透過 と反射の分離比率は、 1 ： 1となっている。
第 1の光分割部 1 6から出射された 4本のレーザ光 （L 1 1 - 1〜L 1 1 - 4) は、 ミラー 3 5により反射された後、 一方の面 （以下、 表面という。 ） からビー ムスプリッ夕 34に入射される。 また、 第 2の光分割部 2 0から出射された 4本 のレーザ光 （L 1 2 - 1〜 L 1 2 - 4 ) は、 第 1の光分割部 1 6からのレーザ光が 入射された面と反対側の面 （以下、 裏面という。 ） からビームスプリヅタ 34に 入射される。
第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0から出射された 8本のレーザ光は、 全てビームスプリッタ 34の光分割面と直交する平面、 すなわち、 X- Z平面に沿 つて、 当該ビームスプリヅタ 34に入射される。 また、 各レーザ光は、 ビームス プリヅ夕 34の光分離面に対して、 所定の角度 （0 ° <0< 90 ° ) で入射さ れる。 但し、 第 1の光分割部 1 6から出射されたレーザ光 （L 1 1 - 1〜L 1 1 - 4) と、 第 2の光分割部 2 0から出射されたレーザ光 （L 1 2- 1〜L 1 2- 4) との光軸は一致しないように入射される。
さらに、 第 1の光分割部 1 6から出射された第 1のレ一ザ光 L 1 1 -1と、 第 2 の光分割部 2 0から出射された第 1のレーザ光 L 1 2-1とは、 ビームスプリッタ' 34の光分離面上の同一の位置 （もっとも、 表面と裏面との違いはある） に入射 される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 2のレーザ光 L 1 1-2と、 第 2の 光分割部 2 0から出射された第 2のレーザ光 L 1 2- 2とは、 ビームスプリヅタ 3 4の光分離面上の同一の位置に入射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された 第 3のレーザ光 L 1 1-3と、 .第 2の光分割部 20から出射された第 3のレーザ光 L 1 2- 3とは、 ビームスプリヅ夕 34の光分離面上の同一の位置に入射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 4のレーザ光 L 1 1-4と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 2のレーザ光 L 1 2-4とは、 ビームスプリヅタ 34の光分 離面上の同一の位置に入射される。
従って、 第 1の光分割部 1 6から出射された第 1のレーザ光 L 1 1 -1の反射光
(L 1 1- 1— r) と、 第 2の光分割部 20から出射された第 1のレーザ光 L 1 2 - 1の透過光 （L 1 2- 1— t ) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0- 1 として出 射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 2のレーザ光 L 1 1 -2の反射光
(L 1 1 -2_r ) と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 2のレーザ光 L 1 2 -2の透過光 （L 1 2-2— t ) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0-2として出 射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 3のレーザ光 L 1 1 -3の反射光
(L 1 1- 3— r) と、 第 2の光分割部 20から出射された第 3のレーザ光 L 1 2 - 3の透過光 （L 1 2- 3—七） とが同軸上に合成され、 出力光 L 20-3として出 射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 4のレーザ光 L 1 1 -4の反射光
(L 1 1 -4_r ) と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 4のレーザ光 L 1 2 -4の透過光 （L 1 2-4_t ) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0-4として出 射される。
また、 第 1の光分割部 1 6から出射された第 1のレ一ザ光 L 1 1-1の透過光
(L 1 1 -l_t ) と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 1のレーザ光 L 1 2 - 1の反射光 （L 1 2-1— r) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0-5として出 射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 2のレーザ光 L 1 1 -2の透過光
(L 1 1 -2_t ) と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 2のレーザ光 L 1 2 -2の反射光 （L 1 2-2_r ) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0-6として出 射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 3のレーザ光 L 1 1 -3の透過光
(L 1 1 -3_t ) と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 3のレーザ光 L 1 2 -3の反射光 （L 1 2- 3— r) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0-7として出 射される。 第 1の光分割部 1 6から出射された第 4のレーザ光 L 1 1 -4の透過光
(L 1 1- 4— t ) と、 第 2の光分割部 2 0から出射された第 4の.レーザ光 L 1 2 - 4の反射光 （L 1 2- 4— r) とが同軸上に合成され、 出力光 L 2 0-8として出 射される。
なお、 出力光 L 2 0- 5〜L 2 0— 8はミラー 3 6により反射され、 出力光 L 2 0-l〜L 2 0-4と平行とされて出射される。 · 以上のように、 本発明に係るレーザァニール装置 1 0では、 第 1の光分割部 1 6と第 2の光分割部 2 0とが、 互いに同一の光学部材を用い、 その光学部材の内 部の配置構成が同一となっている。 また、 第 1の光分割部 1 6と第 2の光分割部 2 0とが、 出射するレーザ光の光軸方向を中心軸とし、 その中心軸に対して互い に 1 80 ° 反転した配置となっている。 さらに、 第 1の実施の形態のレーザァニ ール装置 1 0では、 光合成部 2 1によって、 第 1の光分割部 1 6の第 m ( 1≤m ≤n) のレーザ光 L 1 1 -mと第 2の光分割部 2 0の第 mのレーザ光 L 1 2-m同 士を合成している。
このように、 本発明に係るレーザァニール装置 1 0では、 反射及び透過のパタ —ンが互いに対称となっている経路を通過して分離されたレーザ光同士を合成し ている。 従って、 第 1の実施の形態のレーザァニール装置 1 0では、 製造誤差に より、 分離光学系のビームスプリッ夕に透過及び反射の分離割合の違いが生じて しまっていても、 レーザ光の合成を行うことにより、 誤差を相殺することができ る。
例えば、 図 4に示した第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0の第 1のビ —ムスプリ ヅタ 3 1及び第 2のビームスプリ ヅ夕 3 2の反射量及び透過量の比の 誤差を 2パーセン トとし、 ミラ一 33の反射率を 9 9パーセントとした場合にお ける、 レーザ光 L 2 0-1〜L 2 0-8の強度を示したグラフを図 6に示す。 図 6 では、 レ一ザ光 L 2 0-1の強度を基準とした場合における、 各レーザ光 L 2 0- 2〜L 20-8の強度比率を示している。
この図 6に示すように、 上記の条件で 8本のレーザ光 L 20-l〜L 2 0- 8を 生成した場合、 光の強度に 1. 1 %程度の差しか生じないことがわかる。
なお、 第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0の具体例として、 n=4と した場合の構成例を示したが、 ビームスプリ ッ夕の数を増加させることにより、 n= 4以外も同様の構成で実現できる。 すなわち、 ビームスプリヅ夕の数を j個 (jは自然数） とした場合、 n= 2 j本のレーザ光を.出射することができる。
第 1の光分割部 1 6及び第 2の光分割部 2 0によって分割されるレーザビーム の数を とし、 i番目に配置されるビームスプリ ヅタを B S iとし、 iの最大値、 すなわち、 光分割部に備えられる B Sの数を kとすると、 nと kとの関係は、 以 下の式 2に示すとおりとなる。 ' n = 2 k · · · (2)
また、 第 i番目の B S iにおいてレーザビームが透過及び反射する回数 mと i との関係は、 以下の式 3に示すとおり どなる。
m= 2 け-1) · · · ( 3 )
また、 B S iでの透過率 Tは、 以下の式 4に示すとおりとなる。
T = 0. 5 i · · · (4)
さらにまた、 B S iでの反射率 Rは、 以下の式 5に示すとおりとなる。
R = 0. 5 i · · · ( 5 )
また、 出力される n本レーザビームを互いに干渉をしないインコヒーレン トな 光とするためには、 各ビームスプリ ッタ及び反射鏡を次のように配置をする必要 がある。
ここで、 各ビームスプリ ヅ夕へのレーザビームの入射角を Sとし、 レーザビー ムの可干渉距離を Lとする。
1番目のビームスプリツ夕と、 反射鏡との距離 t 0は、 次の式 6に示すととお りに設定をする。
t O≥L/ (2cos · · · (6)
また、 第 1番目に配置されるビ一ムスプリ ッ夕: B S 1と、 第 j番目に配置され るビームスプリ ヅタ B S ( j ) との間の距離 t ( j - 1 ) を、 次の式 7に示すと おりに設定をする。 なお、 jは、 2から kまでの整数である。
t j≥ ( (2 (") -1) L/ (2 c o s θ) . . . (7)
また、 さらに、 各ビームスプリ ヅタ間、 並びに、 ビ一ムスプリ ヅ夕と反射鏡と の間に、 屈折率 ηの媒質を設けた場合、 出力される η本レーザビームを互いに干 渉をしないインコヒーレントな光とするためには、 各ビームスプリ ヅ夕及び反射 鏡を次のように配置をする必要がある。 '
. 1番目のビームスプリ ヅ夕と、 反射鏡との距離 t 0は、 次の式 8に示すとおり に設定をする。
t 0≥ L/ (2 ncosS ) · · . ( 8 )
また、 第 1番目に配置されるビ一ムスプリ ッ夕 B S 1と、 第 ！番目に配置され るビームスプリ ヅ夕 B S (j ) との間の距離 t ( j - 1 ) を、 次の式 9に示すと おりに設定をする。 なお、 jは、 2から kまでの整数である。
t j≥ ( 2 、1)一 1) L/ ( 2 n c o s · · · ( 9 )
このようにビームスプリ ヅ夕を配置することによって、 1本のレーザビームを、 互いにインコヒーレン トであり且つ強度が同一の n本の平行なレーザビームに分 割することができる。
第 2の実施の形態
次に、 本発明の第 2の実施の形態に係るレーザァニール装置について説明する。 なお、 本発明の第 2の実施の形態のレーザァニール装置を説明するにあたり、 上 述した第 1の実施の形態と共通する部分には、 共通の符号を付してさらなる詳細 な説明を省略する。
本発明の第 2の実施の形態のレーザァニール装置 40は、 図 7に示すように、 基板 1 1を載置するステージ 1 2と、 レ一ザ光を出射する第 1のレーザ光源 1 3 19 と、 第 1のレーザ光源 1 3から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第 1の コリメータ 1 4及び第 1のアテネ一夕 1 5と、 レ一ザ光を出射する第 2のレーザ 光源 1 7と、 第 2のレーザ光源 1 7から出射されたレーザ光の光路上に設けられ た第 2のコリメータ 1 8及び第 2のアテネ一夕 1 9とを備えている。
図 7に示す本発明に係るレーザァニール装置 4 0は、 第 1のアテネ一夕 1 5か ら出射されたレーザ光を図 7中 X方向の水平方向に 2本のレーザ光に分割する第 1の水平光分割部 4 1と、 第 2のアテネ一夕 1 9から出射されたレーザ光を水平 方向に 2本のレーザ光に分割する第 2の水平光分割部 4 2と、 第 1の水平光分割 部 4 1により分割された 2本のレーザ光を図 7中 Y方向の垂直方向に 4分割して 合計 8本のレーザ光を出力する第 1の垂直光分割部 4 3と、 第 2の水平光分割部 4 2により分割された 2本のレーザ光を垂直方向に 4分割して合計 8本のレーザ 光を出力する第 2の垂直光分割部 4 4と、 第 1の垂直光分割部 4 3及び第 2の垂 直光分割部 4 4から出射された各 8本のレーザ光を混合して 1 6本のレーザ光を 出射する光合成部 4 5と、 1 6個の凸レンズから構成され光合成部 4 5から出射 された 1 6本のレーザ光が入射されるレンズアレイ 4 6と、 レンズアレイ 4 6か ら出射された 1 6本のレ一ザ光を基板 1 1の所定の領域に導くコンデンサレンズ ■ 2 3とを備えている。
第 1のアテネ一夕 1 5から出射されたレーザ光は、 第 1の水平光分割部 4 1に 入射され、 第 2のアテネ一夕 1 9から出射されたレーザ光は第 2の水平光分割部 4 2に入射される。
第 1の水平光分割部 4 1は、 入射されたレ一ザ光を X方向に分割して、 等間隔 に平行に並んだ 2本のレーザ光を出射する。 第 1の水平光分割部 4 1から出射さ れる 2本のレーザ光の光路は、 例えば図 7中の X方向に並んでいる。 また、 第 1 の水平光分割部 4 1から出射される 2本のレーザ光は、 互いに干渉性のないレー ザ光とされている。 例えば、 第 1の水平光分割部 4 1では、 レーザ光の分割を行 うために形成された光路の長さが、 出射する各レーザ光毎に異なっている。 つま り、 レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、 2本のレ一ザ 光毎に全て異なっている。 さらに、 その各光路に第 1のレーザ光源 1 3により規 定される可干渉距離以上の差がつけられている。 第 1の水平光分割部 4 1は、 例 えば、 図 5に示した光分割部 1 6のビームスプリヅタ 3 2を取り除いた構成で実 現することができる。
第 2の水平光分割部 4 2は、 入射されたレーザ光を X方向に分割して、 等間隔 に平行に並んだ 2本のレーザ光を出射する。 第 2の水平光分割部.4 2から出射さ れる 2本のレ一ザ光の光路は、 例えば図 7中の X方向に並んでいる。 また、 第 2 の水平光分割部 4 2から出射される 2本のレーザ光は、 互いに干渉性のないレー ザ光とされている。 例えば、 第 2の水平光分割部 ·4 2では、 レーザ光の分割を行 うために形成された光路の長さが、 出射する各レーザ光毎に異なっている。 つま り、 レーザ光の入射口からレ一ザ光の出射口までの光路の長さが、 2本のレーザ 光毎に全て異なっている。 さらに、 その各光路に第 2のレーザ光源 1 7により規 .定される可干渉距離以上の差がつけられている。 第 2の水平光分割部 4 2は、 例 ' えば、 図 7に示した光分割部 1 6のビ一ムスプリヅタ 3 2を取り除いた構成で実' 現することができる。
ここで、 第 1の水平光分割部 4 1と第 2の水平光分割部 4 2とは、 互いに同一 の光学部材を用い、 その光学部材の内部の配置が同一である。 但し、 第 1の水平 光分割部 4 1と第 2の水平光分割部 4 2とは、 出射するレーザ光の光軸方向を中 心とし、 その軸対象となった配置とされている。 すなわち、 第 1の水平光分割部 4 1と第 2の水平光分割部 4 2とは、 図 7中 Ζ方向のレーザ光の出射方向に対し て 1 8 0 ° の軸回転した配置となっている。
第 1の水平光分割部 4 1から出射された 2本のレーザ光は、 第 1の垂直光分割 部 4 3に入射され、 第 2の水平光分割部 4 2から出射された 2本のレーザ光は第 2の垂直光分割部 4 4に入射される。
第 1の垂直光分割部 4 3は、 図 7中 X方向に平行に並んだ 2本のレーザ光のそ れそれを独立に図 7中 Υ方向に 4分割して出力する。 従って、 第 1の垂直光分割 部 4 3からは、 合計 8本のレーザ光が出射される。 第 1の垂直光分割部 4 3から 出射される 8本のレーザ光は、 図 7中 X方向に 2列、 図 7中 Υ方向に 4列並んだ マトリクス状とされている。 また、 第 1の垂直光分割部 4 3から出射される 8本 のレーザ光は、 互いに干渉性のないレーザ光とされている。 例えば、 レーザ光の 入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、 垂直方向のレーザ光毎に全て 異なっている。 さらに、 その各光路に第 1のレーザ光源 1 3により規定される可 干渉距離以上の差がつけられている。 第 1の垂直光分割部 4 3は、 例えば、 図 7 に示した光分割部 1 6を Z方向を中心に 9 0度回転させたもので実現することが できる。
第 2の垂直光分割部 4 4は、 図 7中 X方向に平行に並んだ 2本のレーザ光のそ れそれを独立に図 7中 Y方向に 4分割して出力する。 従って、 第 2の垂直光分割 部 4 4からは、 合計 8本のレーザ光が出射される。 第 2の垂直光分割部 4 4から 出射さ.れる 8本のレーザ光は、 図 7中 X方向に 2列、 図 7 Y方向に 4列並んだマ トリクス状とされている。 また、 第 2の垂直光分割部 4 4から出射される 8本の レーザ光は、 互いに干渉性のないレーザ光とされている。 例えば、 レーザ光の入 射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、 垂直方向のレーザ光毎に全て異 なっている。 さらに、 その各光路に第 2のレーザ光源 1 7により規定される可干 渉距離以上の差がつけられている。 第 2の垂直光分割部 4 4は、 例えば、 図 7に 示した光分割部 1 6を図 7中 Z方向を中心に一 9 0度回転させたもので実現する ことができる。
ここで、 図 8に第 1の水平光分割部 4 1、 第 1の垂直光分割部 4 3及び光合成 部 4 5を図 7中 X方向から見た図を示し、 図 9に第 2の水平光分割部 4 2、 第 2 . の垂直光分割部 4 4及び光合成部 4 5を図 7中 X方向から見た図を示す。 図 8及 び図 9に示すように、 第 1の垂直光分割部 4 3と第 2の垂直分割部 4 4とは、 互 いに同一の光学部材を用い、 その光学部材の内部の配置が同一である。 但し、 第 1の垂直光分割部 4 3と第 2の垂直分割部 4 4とは、 出射するレーザ光の光軸方 向に平行な軸を中心とし、 その軸に対して 1 8 0 ° 反転した配置とされている。 第 1の垂直光分割部 4 3及び第 2の垂直分割部 4 4から出射されたそれそれ 8 本のレーザ光は、 光合成部 4 5に入射される。
光合成部 4 5は、 第 1の垂直光分割部 4 3から出射された 8本のレーザ光と、 第 2の垂直光分割部 4 4から出射された 8本のレ一ザ光とを混合し、 X方向の水 平方向 4列、 Y方向の垂直方向 4列に並んだマトリクス状のレーザ光群を出射す る。 光合成部 4 5から出射される 1 6本のレーザ光は、 その強度が全て同一であ る。 この光合成部 4 5の構成は、 上述した光合成部 2 1 と同一の構成である。 但 し、 第 1の実施の形態では、 X方向に 1列に並んだレーザ光を合成するものであ つたが、 第 2の実施の形態では、 マトリクス状に並んだレーザ光が入射されるの で、 光分離面に 8本分のレーザ光を照射できるだけの十分な大きさを持たせる必 要がある。 .
光合成部 4 5は、 入射されたレーザ光を反射及び透過して 2つのレーザ光に分 離するビームスプリヅタ 3 4を備えている。 ビームスプリッタ 3 4の光分離面は、 X - Z平面と直交している。 ビームスプリヅタ 3 4の透過と反'射の分離比率は、 1 ： 1 となっている。
第 1の垂直光分割部 4 3から出射された 8本のレーザ光は、 ミラ一 3 5により 反射された後、 一方の面 （以下、 表面という。 ） からビームスプリヅタ 3 4に入 射される。 また、 第 2の垂直光分割部 4 4から出射された 8本のレーザ光は、 第 1の垂直光分割部 4 3からのレーザ光が入射された面と反対側の面 （以下、 衷面 という。 ） からビ一ムスプリヅタ 3 4に入射される。
第 1の垂直光分割部 4 3及び第 2の垂直光分割部 4 4から出射された合計 1 6 本のレーザ光は、 ビームスプリッタ 3 4の光分離面に対して、 所定の角度 0 ( 0 ° < < 9 0 ° ) で入射される。 但し、 第 1の垂直光分割部 4 3から出射された レーザ光と、 第 2の垂直光分割部 4 4から出射された 'レーザ光との光軸.は一致し ないように入射される。
さらに、 第 1の垂直光分割部 4 3から出射された （s , t ) の位置のレーザ光 と、 第 2の垂直光分割部 4 4から出射された （s， t ) の位置のレーザ光とは、 ビームスプリヅタ 3 4の光分離面上の同一の位置 （もっとも、 表面と裏面との違 いはある） に入射される。 ここで、 （s， t ) は、 2 X 4のマトリクス状のレー ザ光の位置を示す。 なお、 s , tは、 それぞれ s = l , 2、 t = l , 2 , 3， 4 の値をとる。 つまり、 マトリクス内で同一位置のレーザ光同士が、 同軸上に合成 されることとなる。
光合成部 4 5から出力された 1 6本の出力レーザ光は、 レンズアレイ 4 6に入 射される。
レンズアレイ 4 6は、 図 1 0に示すようなマトリクス状に配列された 1 6個の 凸レンズから構成されている。 凸レンズの配列間隔は、 光合成部 4 5から出射さ れる出カレ一ザ光の間隔と同一で、 各凸レンズが各出力レーザ光の光軸上に設け られている。 レンズアレイ 4 6から出射された出力レーザ光は、 一旦集光して、 コンデンサレンズ 2 3に入射される。
コンデンサレンズ 2 3は、 レンズアレイ 4 6によって集光された 1 6本の出力 レーザ光を合成して、 基板 1 1上の所定の照射領域に集光する。
以上のような構成を備えた本発明に係るレーザァニール装置 4 0では、 レーザ 光の分割を 2次元的に行っている。 ごの場合でも、 第 1の水平光分割部 4 1 と第 2の水平光分割部 4 2との関係、 第 1の垂直光分割部 4 3と第 2の垂直光分割部 4 4との関係が、 互いに同一の光学部材を用い、 その光学部材の内部の配置構成 が同一となっている。 さらに、 出射するレーザ光の光軸方向を中心軸と.し、 その 中心軸に対して互いに 1 8 0 ° 反転した配置となっている。 さらに、 第 2の実施 の形態のレーザァニール装置 4 0では、 光合成部 4 5によって、 第 1の垂直光分 割部 4 3から出射されたレーザ光と第 2の垂直光分割部 4 4から出射されたレ一 ザ光とを、 マトリクス状における同一の位置のレーザ光同士を合成している。 すなわち、 第 2の実施の形態のレーザァニール装置 4 0では、 相対する経路を 通過して分離されたレーザ光同士を合成している。 + ·
従って、 図 7に示す本発明に係るレーザァニール装置 4 0では、. 設計誤差によ り、 分離光学系のビームスプリッ夕に透過及び反射の分離割合の違いが生じてし まっていても、 レーザ光の合成を行うことにより、 誤差を相殺することができる c なお、 本発明は、 上述の例に限定されるものではなく、 添付の請求の範囲及び その主旨を逸脱することなく、 様々な変更、 置換又はその同等のものを行うこと ができることは当業者にとって明らかである。 産業上の利用可能性 本発明に係る光照射装置は、 相対する光学経路をたどった光ビーム同士を合成 するので、 分割経路上で生じる誤差成分が相殺され、 光合成手段から出力される 複数の光ビームの強度を同一とすることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光に分割する 1以上の光分離面 を有した光学構造とされ、 1本の光ビームが入射され、 入射された 1本の光ビー ムを上記 1以上の光分離面を経由させることによって n本 （nは 2以上の自然 数） の光ビームを生成する第 1の出射手段と、
上記第 1の出射手段と同一の光学構造とされ、 1本の光ビームが入射され、 入 射された 1本の光ビームを上記 1以上の光分離面を経由させることによって n'本 の光ビームを生成する第 2の出射手段と、
上記第 1の出射手段から出射された n本の光ビームと上記第 2の出射手段から 出射された n本の光ビームとが入射され、 互いの 1本の光ビーム同士を合成して、 n本の光ビームを出力する光合成手段とを備え、 .
上記光合成手段は、 上記第 1の出射手段及び第 2の出射手段により生成された 各 n本の光ビームに対して、 その光ビームの生成経路中における反射及び透過に より生じた光路長の短い順に、 1番目から n番目まで順位を付けたとき、 第 1の 出射手段により生成された第 m番目 （mは 1から nまでの任意の整数） の光ビー ムと、 第 2の出射手段により生成された第 （n— m .+ l ) 番目の光ビームとを同 軸上に合成することを特徴とする光照射装置。
2 . 上記光合成手段は、 入射された光ビームを反射及び透過して 2本の光ビーム に分割するビーム分割面を有し、 上記ビーム分割面には、 一方の面側から第 1の 出射手段から出射された n本の光ビームが入射され、 上記一方の面の裏面側とな る他方の面側から第 2の出射手段から出射された n本の光ビ一ムが入射され、 第 1の出射手段の m番目の光ビームの透過光と第 2の出射手段の （n— m + 1 ) 番目の光ビームの反射光とを同軸上に合成し、
第 1の出射手段の m番目の光ビームの反射光と第 2の出射手段の （n— m + 1 ) 番目の光ビームの透過光とを同軸上に合成することを特徴とする請求の範囲 第 1項記載の光照射装置。
3 . 上記第 1の出射手段は、 上記ビーム分割面に対して垂直な平面上に平行に並 んだ n本の光ビームを、 上記ビーム分割面に対して出射し、 上記第 2の出射手段は、 上記第 1の出射手段から出射された n本の光ビームが 並んでいる平面と同一の平面上に、 平行に並んだ n本の光ビームを、 上記ビーム 分割面に対して出射することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光照射装置。
4 . 上記第 1及び第 2の出射手段に含まれる光分割光学系は、
入射された光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光の 2つの光ビームに 分離するとともに当該反射光を上記光合成手段のビーム分割面に垂直な平面上に 沿って出射する光分離面を有し、 当該光分離面が平行に並べられた 1番目から j (但し、 n = 2 jであり、 jは 1以上の自然数） 番目までの j個のビームスプ 'リヅ 夕と、
入射された光ビームを反射する光反射面を有し、 当該光反射面が各ビ一ムスプ リッ夕の光分離面と平行とされ、 全てのビ一ムスプリッ夕からの反射光が当該光 反射面に入射される位置に配置された反射鏡とを備え、 '
1番目のビ一ムスプ.リツ夕は、 1本の光ビームが入射され、 1本の透過光及び 1本の反射光を出射し、
k + 1 (但し、 kは、 1以上 （ j— 1 ) 以下の整数） 番目のビームスプリツ夕 は、 k番目のビームスプリッ夕の 2 — 1 '本の透過光が入射されるとともに k番目 のビームスプリツ夕の 2ノ1 1 >本の反射光が上記反射鏡によって反射された後に入 射され、 2 k本の透過光及び 2 k本の反射光を出射し、
j番目のビームスプリヅタは、 2 ( "本の透過光を外部に出射し、 2 υ - "本の 反射光を上記反射鏡に出射し、
上記反射鏡は、 j番目のビームスプリツ夕の 2 ( "本の反射光を反射して外部 に出射し、
上記 k番目のビームスプリヅ夕の光分離面と （k + 1 ) 番目のビームスプリヅ 夕の光分離面の間の距離、 並びに、 各ビームスプリツ夕の光分離面と反射鏡の光 反射面との間の距離は、 光源から出射される光ビームのそれそれの光路の光路長 の差が可干渉距離より大きくなるように調整されていることを特徴とする請求の 範囲第 1項記載の光照射装置。
5 . 1個目のビームスプリ ヅタの光分離面と （k + 1 ) 個目のビ一ムスプリ ヅタ の光分離面との間の距離 t kは、 各ビ一ムスプリッ夕に入射されるレ一ザビーム の入射角を 0、 上記レーザ光源から出射されるレ一ザビームの可干渉距離を L、 各光分離面間の媒質の届折率を nとしたとき、 （2 "-"— 1) X L/ (2 c o s θ ) 以上とされ、
1個目のビームスプリッタの光分離面と上記反射鏡の光反射面の間の距離は、 各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角を 0、 上記レーザ光源か ら出射されるレーザビームの可干渉距離を L、 1個目のビームスプリッ夕の光分 離面と上記反射鏡の光反射面との間の媒質の屈折率を nとしたとき、 L/ (2 nc os 0 ) 以上とされていることを特徴とする請求の範囲第 3項記載の光照射装置。
6. 上記第 1の出射手段の光分割光学系と上記第 2の出射手段の光分割光学系と は、 第 1及び第 2の出射手段から出射された n本の光ビームの配列方向に対して 互いに反転した配置とされていることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の光照
7. 上記ビームスプリ .ッ夕の光分離面で分離された反射光及び透過光は、 光強度 の比が 1 ： 1であることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の光照射装置。
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